(57)【要約】      （修正有）【課題】プローブと半導体ウェハとの接触精度を高める半導体テスタを提供する。【解決手段】プローバ装置２００のステージ２１０と機械的に接続する接続機構１１５と、プローバ装置２００のプローブカードホルダ２２０と、プローバ装置２００のステージを介さずに機械的に接続し、プローブカードホルダ２２０を固定する固定機構１２０とを備えた半導体テスタ１００。固定機構１２０は、さらに、プローブカードホルダ２２０を半導体テスタ１００方向に搬送する動作を行なうことができ、搬送する動作により、プローブカードホルダ２２０に搭載されたプローブカード５００と電気的に接続するコネクタ１１２を備えるようにしてもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プローバ装置のステージと機械的に接続する接続機構と、
前記プローバ装置のプローブカードホルダと、前記プローバ装置のステージを介さずに機械的に接続し、前記プローブカードホルダを固定する固定機構と、
を備えたことを特徴とする半導体テスタ。
【請求項２】
前記固定機構は、さらに、前記プローブカードホルダを前記半導体テスタ方向に搬送する動作を行なうことを特徴とする請求項１に記載の半導体テスタ。
【請求項３】
前記搬送する動作により、前記プローブカードホルダに搭載されたプローブカードと電気的に接続するコネクタをさらに備えたことを特徴とする請求項２に記載の半導体テスタ。
【請求項４】
半導体テスタとプローバ装置とを備えた半導体試験装置であって、
前記プローバ装置は、
前記半導体テスタと機械的に接続する接続機構を備えたステージと、
プローブカードを搭載するプローブカードホルダと、を備え、
前記半導体テスタは、
前記プローバ装置のステージと機械的に接続する接続機構と、
前記プローバ装置のプローブカードホルダと、前記プローバ装置のステージを介さずに機械的に接続し、前記プローブカードホルダを固定する第１固定機構と、を備えたことを特徴とする半導体試験装置。
【請求項５】
前記プローバ装置のプローブカードホルダは、前記第１固定機構と組み合わさる第２固定機構を備えていることを特徴とする請求項４に記載の半導体試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体テスタとプローバ装置とを備えた半導体試験装置に関し、特に、プローブカードホルダを固定する機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体試験装置では、半導体ウェハの試験の際に、電気信号を出力し、半導体ウェハの電気的特性を判定する半導体テスタ（テストヘッド）と、半導体ウェハの電極にプローブ（針）を接触させるプローバ装置とが接続される。図７は、従来の半導体テスタとプローバ装置との接続手順について説明する図である。
【０００３】
図７（ａ）に示すように、半導体テスタ３００は、プローブカード５００と電気的に接続するためのコネクタ３１２を備えたトッププレート３１０を備えている。コネクタ３１２の種類は問わず、ＺＩＦ、ＬＩＦ等を用いることができる。トッププレート３１０のプローバ装置側の面には、プローバ装置４００と機械的に接続するための接続機構３１５が備えられている。
【０００４】
プローバ装置４００は、半導体テスタ３００と対向する面であるプローバステージ４１０と、プローブカード５００を搭載するプローブカードホルダ４２０とを備えている。プローバステージ４１０の半導体テスタ側の面には、半導体テスタ３００と機械的に接続するための接続機構４１５が備えられている。
【０００５】
また、プローバステージ４１０のプローブカードホルダ側の面には、プローブカードホルダ４２０と機械的に接続するための接続機構４１１が備えられ、プローブカードホルダ４２０のプローバステージ側の面には、プローバステージ４１０の接続機構４１１と組み合わさる接続機構４２１が備えられている。
【０００６】
プローブカード５００は、試験対象の半導体ウェハの電極と接触する複数本のプローブ５０１と、半導体テスタ３００側のコネクタ３１２と電気的に接続するためのコネクタ５０２とを備えている。
【０００７】
半導体テスタ３００は、プローバ装置４００に備えられた図示しない回転型の搬送機構により、図７（ａ）に示すように、プローバステージ４１０に向かって回転搬送される。そして、図７（ｂ）に示すように、半導体テスタ３００の接続機構３１５とプローバ装置４００の接続機構４１５とが組み合って、半導体テスタ３００がプローバステージ４１０に固定される。
【０００８】
その後、プローバ装置４００の図示しない搬送機構により、プローブカード５００を搭載したプローブカードホルダ４２０が上昇し、図７（ｃ）に示すように、半導体テスタ側のコネクタ３１２とプローブカード５００のコネクタ５０２とを接続させるとともに、プローブカードホルダ４２０の接続機構４２１とプローバステージ４１０の接続機構４１１とを組み合わせて固定する。この際に、プローバステージ４１０の接続機構４１１がプローブカードホルダ４２０の上昇搬送を引き継ぐ場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１０−５０４３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
半導体試験実行の際には、図８（ａ）に示すように、試験対象の半導体ウェハ６００がプローバチャック４３０に載置され、プローバチャック４３０が、プローバ装置４００の図示しない搬送機構によって上昇することにより半導体ウェハ６００とプローブ５０１とが接触する。
【００１１】
近年、測定対象の半導体ウェハ６００は、一層の高集積化が進んでおり、高集積化に伴ってプローブカード５００に備えられるプローブ５０１の数が増大している。また、テスト時間短縮のため、プローブ５０１と測定対象の半導体との１度のタッチダウンで接触するプローブ５０１の数も多くなっている。
【００１２】
このため、半導体ウェハ６００を載置したプローバチャック４３０がプローブカード５００を上方向に押し上げる力によるコンタクト荷重も増大傾向にある。このコンタクト荷重は、プローブカードホルダ４２０とプローバステージ４１０との接続箇所（図中の破線丸Ａ）と、プローバステージ４１０とトッププレート３００との接続箇所（図中の破線丸Ｂ）とで受けることになるが、このコンタクト荷重を、これらの接続箇所で抑えきれないと、プローブ５０１と半導体ウェハ６００とのコンタクト不良や、不均一な接触等による悪影響が発生するおそれがある。
【００１３】
また、半導体ウェハ６００の高集積化は、コネクタの高密度化も招くため、半導体テスタ側のコネクタ３１２とプローブカード５００のコネクタ５０２との接続に必要な押し上げ力も大きくなっている。プローブカードホルダ４２０とプローバステージ４１０との接続箇所（図中の破線丸Ａ）と、プローバステージ４１０とトッププレート３００との接続箇所（図中の破線丸Ｂ）は、コネクタ接続時に、この力も抑えなければ、プローブ５０１の平面バラツキが生じ、プローブ５０１と半導体ウェハ６００とのコンタクト不良や、不均一な接触等を招くおそれがある。
【００１４】
さらに、高温試験あるいは低温試験を行なう場合に、図８（ｂ）に示すように、プローバチャック４３０からの熱がトッププレート３１０のみならず、プローブカードホルダ４２０を介してプローバステージ４１０方向にも拡散するため、各部の熱伸縮により、プローブ５０１の平面バラツキが生じ、プローブ５０１と半導体ウェハ６００とのコンタクト不良や、不均一な接触等による悪影響が発生するおそれがある。
【００１５】
そこで、本発明は、プローブと半導体ウェハとの接触精度を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様である半導体テスタは、プローバ装置のステージと機械的に接続する接続機構と、前記プローバ装置のプローブカードホルダと、前記プローバ装置のステージを介さずに機械的に接続し、前記プローブカードホルダを固定する固定機構と、を備えたことを特徴とする。
【００１７】
ここで、前記固定機構は、さらに、前記プローブカードホルダを前記半導体テスタ方向に搬送する動作を行なうことができる。
【００１８】
このとき、前記搬送する動作により、前記プローブカードホルダに搭載されたプローブカードと電気的に接続するコネクタをさらに備えることができる。
【００１９】
上記課題を解決するため、本発明の第２の態様である半導体試験装置は、半導体テスタとプローバ装置とを備えた半導体試験装置であって、前記プローバ装置は、前記半導体テスタと機械的に接続する接続機構を備えたステージと、プローブカードを搭載するプローブカードホルダと、を備え、前記半導体テスタは、前記プローバ装置のステージと機械的に接続する接続機構と、前記プローバ装置のプローブカードホルダと、前記プローバ装置のステージを介さずに機械的に接続し、前記プローブカードホルダを固定する第１固定機構と、を備えたことを特徴とする。
【００２０】
ここで、前記プローバ装置のプローブカードホルダは、前記第１固定機構と組み合わさる第２固定機構を備えることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、プローブカードホルダと半導体テスタとを、プローバステージを介さずに、直接接続固定するようにしているため、プローブと半導体ウェハとの接触精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施形態の半導体テスタとプローバ装置との接続手順について説明する図である。
【図２】本実施形態の効果を説明する図である。
【図３】第１固定機構と第２固定機構の第１の具体例を示す図である。
【図４】第１固定機構と第２固定機構の第２の具体例を示す図である。
【図５】第１固定機構と第２固定機構の第３の具体例を示す図である。
【図６】本実施形態の変形例を示す図である。
【図７】従来の半導体テスタとプローバ装置との接続手順について説明する図である。
【図８】従来の問題点を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る半導体テスタとプローバ装置との接続手順について説明する図である。図１（ａ）に示すように、本実施形態に係る半導体テスタ１００は、プローブカード５００と電気的に接続するためのコネクタ１１２を備えたトッププレート１１０を備えている。トッププレート１１０のプローバ装置側の面には、プローバ装置２００と機械的に接続するための接続機構１１５が備えられている。
【００２４】
プローバ装置２００は、半導体テスタ１００と対向する面であるプローバステージ１２０と、プローブカード５００を搭載するプローブカードホルダ２２０とを備えている。プローバステージ１２０の半導体テスタ側の面には、半導体テスタ１００の接続機構１１５と機械的に接続するための接続機構２１５が備えられている。
【００２５】
プローブカード５００は、従来と同じであり、試験対象の半導体ウェハの電極と接触する複数本のプローブ５０１と、半導体テスタ１００側のコネクタ３１２と電気的に接続するためのコネクタ５０２とを備えている。
【００２６】
本実施形態では、半導体テスタ１００とプローブカードホルダ２２０とが、プローバステージ２１０を介さずに、直接的に接続して、半導体テスタ１００がプローブカードホルダ２２０を固定する構造になっている。
【００２７】
このため、半導体テスタ１００のトッププレート１１０には、第１固定機構１２０が備えられ、プローブカードホルダ２２０には、第１固定機構と組み合わさる第２固定機構２２２が備えられている。第１固定機構１２０は、プローブカードホルダ２２０を固定するのみならず、プローブカードホルダ２２０を半導体テスタ１００方向に搬送する機能を備えるようにしてもよい。以下では、搬送機能を備えているものとして説明する。
【００２８】
半導体テスタ１００は、プローバ装置２００に備えられた図示しない回転型の搬送機構により、図１（ａ）に示すように、プローバステージ２１０に向かって回転搬送される。そして、図１（ｂ）に示すように、半導体テスタ１００の接続機構１１５とプローバ装置２００の接続機構２１５とが組み合って固定される。
【００２９】
その後、プローバ装置２００の図示しない搬送機構によりプローブカードホルダ２２０が上昇する。プローブカードホルダ２２０の上昇は、第１固定機構１２０の搬送機能に引き継がれ、第１固定機構１２０が、図１（ｃ）に示すように、半導体テスタ側のコネクタ１１２とプローブカード５００のコネクタ５０２とを接続させるとともに、プローブカードホルダ２２０の第２固定機構２２２と組み合わさって、プローブカードホルダ２２０を固定する。
【００３０】
なお、第１固定機構１２０の搬送機能が最初からプローブカードホルダ２２０を搬送するようにしてもよいし、第１固定機構１２０の搬送機能を用いることなくプローバ装置２００の図示しない搬送機構が最後までプローブカードホルダ２２０を搬送するようにしてもよい。
【００３１】
本実施形態では、図２（ａ）に示すように、半導体ウェハ６００を載置したプローバチャック２３０がプローブカード５００を上方向に押し上げる力によるコンタクト荷重を、プローバステージ２１０を介さずに、半導体テスタ１００がプローブカードホルダ２２０との接続箇所（図中の破線丸Ｃ）で直接的に受けることになる。このため、コンタクト荷重に対する強度が増し、プローブ５０１と半導体ウェハ６００とのコンタクト不良や、不均一な接触等による悪影響を防ぐことができる。
【００３２】
また、半導体テスタ側のコネクタ１１２とプローブカード５００のコネクタ５０２との接続に必要な押し上げ力も、プローバステージ２１０を介さずに、半導体テスタ１００がプローブカードホルダ２２０との接続箇所（図中の破線丸Ｃ）で受けることができる。このため、プローブ５０１の平面バラツキを防ぎ、プローブ５０１と半導体ウェハ６００とのコンタクト不良や、不均一な接触等を防ぐことができる。なお、第１固定機構２２２が搬送機能を備えている場合には、第１固定機構２２２が、半導体テスタ側のコネクタ１１２とプローブカード５００のコネクタ５０２との接続に必要な押し上げ力（引き上げ力）を提供することになる。
【００３３】
さらに、高温試験あるいは低温試験を行なう場合には、図２（ｂ）に示すように、プローバチャック２３０からの熱を、プローバステージ２１０等に伝導させずに、トッププレート１１０に拡散させることができる。このため、各部の熱伸縮によるプローブ５０１と半導体ウェハ６００とのコンタクト不良や、不均一な接触等による悪影響を防ぐことができる。
【００３４】
次に、半導体テスタ１００が備える第１固定機構１２０とプローブカードホルダ２２０が備える第２固定機構２２２の具体的な構成例について説明する。第１固定機構に搬送機能を備えさせない場合は、第１固定機構１２０と第２固定機構２２２とは、ラッチ構造等とすればよい。第１固定機構に搬送機能を備えさせる場合には、例えば、以下に例示するような構成とすることができる。なお、第１固定機構の搬送機能は、図示しないテスタコントローラ等により動作を制御することができる。
【００３５】
図３は、第１固定機構１２０と第２固定機構２２２の第１の具体例を示す図である。図３（ａ）に示すように、第１の具体例の第１固定機構１２０は、先端１２０ｂがＴ字型の鍵形状となったピストン１２０ａを備えたエアシリンダを用いている。鍵形状の先端１２０ｂは、図３（ｂ）に示すように、ピストン１２０ａの軸を中心に９０度回転できるようになっている。
【００３６】
また、第１の具体例の第２固定機構２２２は、図３（ａ）に示すように、奥部２２２ｂがＴ字型の錠形状となった穴部２２２ａを備えた構造となっている。上から見ると、図３（ｃ）に示すように、穴部２２２ａの入り口は、ピストン１２０ａのＴ字型の先端１２０ｂが通る形状となっており、錠形状の奥部２２２ｂは、Ｔ字型の先端１２０ｂが回転できるように円状となっている。
【００３７】
第１固定機構１２０が、プローブカードホルダ２２０を搬送する場合、図３（ｄ）に示すように、Ｔ字型の鍵形状の先端１２０ｂを第２固定機構２２２の穴部２２２ａの入り口と同じ向きにした状態でピストン１２０ａを伸ばして、穴部２２２ａに通す。
【００３８】
そして、図３（ｅ）に示すように、ピストン１２０ａを９０度回転させて、Ｔ字型の鍵形状の先端１２０ｂが奥部２２２ｂの天井面に掛かった状態で、固定位置まで上方向に引き上げる。この結果、図３（ｆ）に示すように、第２固定機構２２２が上方向に搬送され、第１固定機構１２０と第２固定機構２２２とが固定される。これにより、半導体テスタ１００とプローブカードホルダ２２０とが直接的に接続固定される。この場合も、ラッチ構造等により固定するようにしてもよい。
【００３９】
図４は、第１固定機構１２０と第２固定機構２２２の第２の具体例を示す図である。図４（ａ）に示すように、第２の具体例の第１固定機構１２０は、モータ１２０ｃと、モータ１２０ｃにより回転するギア１２０ｄとを備えた構造となっている。また、第２の具体例の第２固定機構２２２は、図４（ａ）に示すように、ギア１２０ｄと噛み合うラックギア２２２ｃを備えた構造となっている。
【００４０】
第１固定機構１２０が、プローブカードホルダ２２０を搬送する場合、図４（ｂ）に示すように、ギア１２０ｄを、ラックギア２２２ｃに噛み合わせて、上方向に回転させる。この結果、図４（ｃ）に示すように、第２固定機構２２２が上方向に搬送され、第１固定機構１２０と第２固定機構２２２とが固定される。これにより、半導体テスタ１００とプローブカードホルダ２２０とが直接的に接続固定される。この場合も、ラッチ構造等により固定するようにしてもよい。
【００４１】
図５は、第１固定機構１２０と第２固定機構２２２の第３の具体例を示す図である。図５（ａ）に示すように、第３の具体例の第１固定機構１２０は、先端がくさび形状のピストン１２０ｆが左右に移動するエアシリンダ１２０ｅを備えた構造となっている。また、第２の具体例の第２固定機構２２２は、図５（ａ）に示すように、ピストン１２０ｆのくさび形状と噛み合う斜面２２２ｆが形成されている。斜面２２２ｆは、プローブカードホルダ２２０に直接形成することができる。
【００４２】
第１固定機構１２０が、プローブカードホルダ２２０を搬送する場合、図５（ｂ）に示すように、プローバ装置２００の図示しない搬送機構により、プローブカードホルダ２２０を、斜面２２２ｆがピストン１２０ｆのくさび形状と噛み合う位置まで上昇させる。このとき、ピストン１２０ｆは、第２固定機構２２２と接触しないように引いておく。
【００４３】
そして、エアシリンダ１２０ｅのピストン１２０ｆを伸ばし、図５（ｃ）に示すように、ピストン１２０ｆのくさび斜面と、第２固定機構２２２の斜面２２２ｆとを接触させる。さらに、ピストン１２０ｆを伸ばすことで、図５（ｄ）に示すように、第２固定機構２２２が上方向に搬送され、第１固定機構１２０と第２固定機構２２２とが固定される。これにより、半導体テスタ１００とプローブカードホルダ２２０とが直接的に接続固定される。この場合も、ラッチ構造等により固定するようにしてもよい。
【００４４】
半導体テスタ１００が備える第１固定機構１２０とプローブカードホルダ２２０が備える第２固定機構２２２の具体的な構成例は、上述の例に限られず、カム構造等の種々の構造を用いることができる。
【００４５】
なお、いずれの構成例においても、図６に示すように、第１固定機構１２０の近傍に第２固定機構２２２の位置を検出するセンサ１２４を設けて、第２固定機構２２２の搬送や固定状態を検知させるようにすることができる。そして、検知した搬送状態等をフィードバックして制御すること等により、プローブと半導体ウェハとの接触精度を一層高めることができる。なお、センサ１２４は、スイッチ等を用いた機械的センサとしてもよいし、ＣＣＤ等を用いた光学的センサ等としてもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１００…半導体テスタ、１１０…トッププレート、１１２…コネクタ、１１５…接続機構、１２０…第１固定機構、１２４…センサ、２００…プローバ装置、２１０…プローバステージ、２１５…接続機構、２２０…プローブカードホルダ、２２２…第２固定機構、２３０…プローバチャック、３００…トッププレート、３００…半導体テスタ、３１０…トッププレート、３１２…コネクタ、３１５…接続機構、４００…プローバ装置、４１０…プローバステージ、４１１…接続機構、４１５…接続機構、４２０…プローブカードホルダ、４２１…接続機構、４３０…プローバチャック、５００…プローブカード、５０１…プローブ、５０２…コネクタ、６００…半導体ウェハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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